某醫(yī)院臨床醫(yī)學(xué)中心項(xiàng)目的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

朱喆

上海建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

醫(yī)療建筑空調(diào)系統(tǒng)是維持醫(yī)療建筑正常運(yùn)行的保障。近年來(lái)，隨著城市的擴(kuò)張，為了提高人民的生活水平，綜合性醫(yī)院數(shù)量迅速增加，醫(yī)療功能也日趨完善，空調(diào)系統(tǒng)需要與時(shí)俱進(jìn)，在安全、可靠、靈活、節(jié)能等方面做好文章。

1 工程概況

某醫(yī)院臨床醫(yī)學(xué)中心項(xiàng)目規(guī)劃床位800 張，工程建設(shè)地點(diǎn)位于上海，包括門(mén)急診醫(yī)技及病房樓、后勤樓。地上建筑面積約97000 m2，地下建筑面積約32000 m2。總建筑面積129000 m2，共11 層，建筑總高度約53 m，設(shè)置一層地下室（局部設(shè)有夾層）。本項(xiàng)目已于2018 年投入使用，并連續(xù)2 年承擔(dān)了進(jìn)博會(huì)的保障任務(wù)。

2 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 室外設(shè)計(jì)參數(shù)

室外設(shè)計(jì)參數(shù)如表1 所示：

表1 上海室外設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

主要房間室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)如表2 所示：

表2 主要房間室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3 冷熱源的配置

2.3.1 園區(qū)能源中心的合理利用

項(xiàng)目所在的園區(qū)內(nèi)設(shè)有分布式能源站，可向入駐園區(qū)的單位供應(yīng)空調(diào)冷（熱）水、生活熱水，能源站供冷、供熱情況詳見(jiàn)表3。本項(xiàng)目?jī)?nèi)設(shè)置板式換熱器作為全年主要的空調(diào)系統(tǒng)冷熱源，板換一次側(cè)與園區(qū)供能管網(wǎng)連接。能源站和本項(xiàng)目的分界點(diǎn)為板式熱交換器一次側(cè)前的供回水管閥門(mén)處，分界點(diǎn)之前的輸配管網(wǎng)、閥門(mén)、計(jì)量裝置、計(jì)量控制柜等均由能源站負(fù)責(zé)建設(shè)[1]。

表3 能源中心供冷、供熱情況

項(xiàng)目全年的冷熱負(fù)荷經(jīng)過(guò)逐時(shí)計(jì)算，詳見(jiàn)表4。醫(yī)院負(fù)荷的特點(diǎn)是全年同時(shí)存在冷、熱負(fù)荷，而從表3 可以看到，能源站在夏季無(wú)空調(diào)熱源，不能滿足醫(yī)院的使用要求。為了解決這個(gè)矛盾，供熱板換一次側(cè)需要進(jìn)行季節(jié)切換。板換一次側(cè)的連接方案為：供冷板換全年接能源站的第一路水管（空調(diào)冷源）。供熱板換在5 月至10 月接第二路水管（生活熱水熱源）、11 月至次年4 月接第三路水管（空調(diào)熱源）。

表4 本項(xiàng)目使用園區(qū)能源中心區(qū)域的最大冷熱計(jì)算負(fù)荷負(fù)荷

醫(yī)院的潔凈區(qū)、中心供應(yīng)均需使用蒸汽，園區(qū)能源站無(wú)蒸汽供應(yīng)，因此，本項(xiàng)目需單獨(dú)設(shè)置蒸汽鍋爐房。經(jīng)過(guò)計(jì)算，空調(diào)加濕、中心供應(yīng)、廚房蒸汽總耗量為2.25 t/h。采用2 臺(tái)燃?xì)庹羝仩t，每臺(tái)鍋爐額定產(chǎn)汽量為1.5 t/h。鍋爐的煙囪排出口設(shè)在病房樓屋頂，以避免鍋爐廢氣對(duì)院區(qū)的影響。

2.3.2 輔助冷熱源的設(shè)置

為了確保手術(shù)區(qū)和ICU 空調(diào)系統(tǒng)冷熱源的可靠性，在門(mén)急診醫(yī)技及病房樓四層屋面預(yù)留四臺(tái)冷量為630 kW 的風(fēng)冷熱泵機(jī)組放置場(chǎng)地和電量，如園區(qū)能源中心供能可靠性不能滿足醫(yī)院運(yùn)行要求，將風(fēng)冷熱泵作為凈化空調(diào)系統(tǒng)的備用冷熱源。。

后勤樓位于基地的東北側(cè)，與門(mén)急診醫(yī)技及病房樓獨(dú)立分開(kāi)，相距約為90 m，為了節(jié)約水系統(tǒng)的輸送能耗，減少室外埋管的數(shù)量，后勤樓的空調(diào)系統(tǒng)采用變制冷劑流量多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)，室外機(jī)安裝本樓屋面，室內(nèi)機(jī)采用超薄型風(fēng)管機(jī)。

地下室的直線加速、射波刀、影像科大型醫(yī)療機(jī)房（MRI、CT、DR 等）、二層檢驗(yàn)科、一層急救區(qū)域CT、DR 檢查室、控制室等房間，其空調(diào)系統(tǒng)需滿足特定的溫濕度限定、使用時(shí)間不一致、空調(diào)負(fù)荷差異大和靈活控制等要求，因此采用多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)+新風(fēng)空調(diào)箱的形式。

2.4 空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

空調(diào)水系統(tǒng)為一級(jí)泵變流量閉式機(jī)械循環(huán)系統(tǒng)。一級(jí)泵系統(tǒng)的水泵設(shè)置方法有兩種：一套水泵服務(wù)于不同區(qū)域和多套水泵服務(wù)于不同區(qū)域。本項(xiàng)目中門(mén)急診醫(yī)技及病房樓可分為三個(gè)功能區(qū)——病房樓、門(mén)診醫(yī)技樓、重要區(qū)（手術(shù)區(qū)、ICU、急救），三個(gè)功能區(qū)最不利末端離冷熱源機(jī)房的距離基本相等，水管路阻力相差較小，采用一套共用空調(diào)水泵的方式，可以節(jié)約機(jī)房面積和投資。水泵均為變頻控制，臺(tái)數(shù)按3 大2 小的進(jìn)行搭配，負(fù)荷高峰時(shí)間段運(yùn)行大流量水泵，部分負(fù)荷時(shí)則運(yùn)行小流量水泵，節(jié)約水泵能耗。

空調(diào)水系統(tǒng)為二管制和四管制相結(jié)合的系統(tǒng)（圖1）。病房樓形狀窄長(zhǎng)，病房靠外墻布置，有可開(kāi)啟外窗，空調(diào)冷熱需求隨著季節(jié)變化。內(nèi)區(qū)是醫(yī)生辦公室、治療室、護(hù)士臺(tái)等配套醫(yī)療用房，這些房間發(fā)熱量小不需要全年供冷，因此采用二管制空調(diào)水系統(tǒng)以節(jié)約投資。醫(yī)技、門(mén)診區(qū)域、潔凈手術(shù)部體型較大，有大量的內(nèi)區(qū)存在，采用四管制水系統(tǒng)滿足室內(nèi)溫濕度需求。

圖1 空調(diào)水系統(tǒng)示意圖

2.5 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)著重在以下四個(gè)方面做了考量。

2.5.1 內(nèi)區(qū)門(mén)診診室的空氣品質(zhì)改善

普通門(mén)診診室（指非傳熱門(mén)診、發(fā)熱門(mén)診診室）是醫(yī)護(hù)人員和病人密集并直接接觸的地方，也是通過(guò)空氣交叉感染的高危場(chǎng)所，在“新冠肺炎”疫情初期不少武漢醫(yī)生是在門(mén)診接診時(shí)被患者感染到的，因此，改善門(mén)診診室的室內(nèi)空氣品質(zhì)特別重要。

風(fēng)機(jī)盤(pán)管+新風(fēng)系統(tǒng)是門(mén)診診室采用最多的系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)是使用靈活、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，但由于風(fēng)機(jī)盤(pán)管過(guò)濾效率低、新風(fēng)量缺乏平衡調(diào)節(jié)導(dǎo)致的風(fēng)量分配不均等因素，在諸多醫(yī)院門(mén)診診室出現(xiàn)空氣品質(zhì)欠佳、二氧化碳濃度過(guò)高等問(wèn)題[2]。本項(xiàng)目門(mén)診診室設(shè)置在內(nèi)區(qū)，房間無(wú)自然通風(fēng)的條件，室內(nèi)空氣流通性差，可能會(huì)凸顯風(fēng)機(jī)盤(pán)管+新風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題（本項(xiàng)目于2014 年前設(shè)計(jì)，風(fēng)機(jī)盤(pán)管采用粗效過(guò)濾網(wǎng)）。

空調(diào)箱全空氣空調(diào)系統(tǒng)具有過(guò)濾效率高、新風(fēng)量可調(diào)的特點(diǎn)，可確保室內(nèi)的優(yōu)良空氣品質(zhì)，但風(fēng)管尺寸較大存在安裝難度，并且如采用定風(fēng)量系統(tǒng)則難以實(shí)現(xiàn)各房間的溫度獨(dú)立控制，如采用變風(fēng)量系統(tǒng)則投資過(guò)大、控制系統(tǒng)復(fù)雜。經(jīng)過(guò)研究分析，在內(nèi)區(qū)診室采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管+空調(diào)箱全空氣定風(fēng)量系統(tǒng)的非常規(guī)空調(diào)方式，該方式結(jié)合了兩種空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，增強(qiáng)了診室空氣過(guò)濾性能，新風(fēng)風(fēng)量可根據(jù)室內(nèi)二氧化碳濃度調(diào)節(jié)。由于風(fēng)機(jī)盤(pán)管的結(jié)合，使得全空氣送風(fēng)風(fēng)管尺寸小，系統(tǒng)投資增加有限。風(fēng)機(jī)盤(pán)管+空調(diào)箱全空氣定風(fēng)量系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)過(guò)程分析如下：

空調(diào)箱全空氣定風(fēng)量系統(tǒng)承擔(dān)診室內(nèi)的較穩(wěn)定負(fù)荷，如照明負(fù)荷、電腦等設(shè)備負(fù)荷和室內(nèi)濕負(fù)荷，風(fēng)量按室內(nèi)換氣次數(shù)6 次/h 確定?？照{(diào)箱新風(fēng)量按規(guī)范規(guī)定的2h-1設(shè)計(jì)，但可按全新風(fēng)工況運(yùn)行，在過(guò)渡季節(jié)診室可實(shí)現(xiàn)全面通風(fēng)，節(jié)約運(yùn)行能耗。在疫情時(shí)，可全新風(fēng)運(yùn)行，換氣次數(shù)達(dá)6 次/h，室內(nèi)新風(fēng)量可以滿足呼吸道傳染病醫(yī)院門(mén)診的要求，排風(fēng)量與新風(fēng)量可同步變化[3]。風(fēng)機(jī)盤(pán)管主要承擔(dān)人員顯熱負(fù)荷，當(dāng)診室內(nèi)人員數(shù)量發(fā)生變化時(shí)，風(fēng)機(jī)盤(pán)管起到“調(diào)峰”作用。診室的空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)布置詳見(jiàn)圖2，空調(diào)系統(tǒng)示意詳見(jiàn)圖3。由于原則上風(fēng)機(jī)盤(pán)管僅承擔(dān)人員顯熱負(fù)荷，診室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤(pán)管無(wú)冷凝水產(chǎn)生或者僅少量冷凝水量，降低積水盤(pán)潮濕滋生細(xì)菌的風(fēng)險(xiǎn)?？照{(diào)箱過(guò)濾器配置為G4+F8，當(dāng)室外PM2.5 的濃度為250 μg/m（3重度污染）時(shí)，室內(nèi)的PM2.5 濃度為65 μg/m3，可達(dá)到公共建筑室內(nèi)空氣質(zhì)量四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 單個(gè)診室的設(shè)備、風(fēng)口布置圖

圖3 系統(tǒng)示意圖

2.5.2 地下室重要醫(yī)療用房的濕度控制措施

本項(xiàng)目在地下一層設(shè)有影像科大型醫(yī)療機(jī)房（MRI、CT、DR 等）、放療科的直線加速器、射波刀、地下室核醫(yī)科SPECT 等貴重的醫(yī)療設(shè)備，物資藥庫(kù)和陰涼藥庫(kù)等，這些房間均有一定的濕度控制要求。上海地下室通常比較潮濕，上述房間一旦濕度過(guò)高，將導(dǎo)致醫(yī)療設(shè)備不能正常運(yùn)行，藥品變質(zhì)，人員舒適性較差等問(wèn)題，空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視以上房間的濕度控制。

冷凍除濕、溶液調(diào)濕和轉(zhuǎn)輪除濕是常見(jiàn)的濕度控制的方式。與其他二種除濕方式相比，溶液調(diào)濕具有能耗低，濕度控制精確等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)溶液噴灑可除去空氣中的塵埃、細(xì)菌、霉菌等有害物質(zhì)。因此，以上房間采用多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)+溶液調(diào)濕新風(fēng)系統(tǒng)的空調(diào)方式，溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組負(fù)責(zé)承擔(dān)全部新風(fēng)負(fù)荷和室內(nèi)濕負(fù)荷，多聯(lián)機(jī)空調(diào)承擔(dān)室內(nèi)顯熱負(fù)荷。

2.5.3 發(fā)熱門(mén)診直流式空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能措施

發(fā)熱門(mén)診位于門(mén)急診醫(yī)技及病房樓一層的西側(cè)，有獨(dú)立對(duì)外的出入口，不與其他區(qū)域連通。為了防止通過(guò)空調(diào)系統(tǒng)發(fā)生交叉?zhèn)魅?，發(fā)熱門(mén)診采用直流式空調(diào)系統(tǒng)，新風(fēng)換氣次數(shù)達(dá)12 次/h。發(fā)熱門(mén)診空調(diào)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，全新風(fēng)冷熱處理所需能耗較大，如對(duì)排風(fēng)中的能量進(jìn)行回收利用將有利于降低能耗、節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。適用于發(fā)熱門(mén)診能量回收方式首先要確保新排風(fēng)不能直接接觸、混合，因此，選擇自帶壓縮機(jī)的冷凝排風(fēng)一體機(jī)作為發(fā)熱門(mén)診的空調(diào)處理裝置，該設(shè)備在進(jìn)行新風(fēng)冷熱處理時(shí)，室內(nèi)排風(fēng)通過(guò)冷凝器，回收排風(fēng)中的能量，室外新風(fēng)通過(guò)蒸發(fā)器，排風(fēng)與新風(fēng)通路完全隔絕。該機(jī)組與非冷凝排風(fēng)的直膨型新風(fēng)機(jī)組比節(jié)能20%～30%。

2.5.4 病理科工藝排風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

病理科承擔(dān)著病理診斷工作，由于工藝要求，通風(fēng)柜數(shù)量較多，且室內(nèi)會(huì)有甲醛、二甲苯、丙酮等有害氣體，因此，需要合理設(shè)置病理科的新排風(fēng)系統(tǒng)。本項(xiàng)目中病理科通風(fēng)柜數(shù)量和風(fēng)量要求詳見(jiàn)表5。病理科的切片室（內(nèi)設(shè)脫水、包埋、染色室）、冰凍取材室、常規(guī)取材室、冰凍診斷室和切片、蠟塊室等均采用直流式空調(diào)系統(tǒng)，房間保持負(fù)壓，避免氣味外溢到其他房間。設(shè)計(jì)將通風(fēng)柜與室外排風(fēng)機(jī)一一對(duì)應(yīng)，并聯(lián)鎖開(kāi)啟。設(shè)有通風(fēng)柜的房間內(nèi)另設(shè)常規(guī)排風(fēng)系統(tǒng)，保持連續(xù)運(yùn)行，排除房間內(nèi)滯留的有害氣體。

表5 病理科通風(fēng)柜參數(shù)

3 運(yùn)行數(shù)據(jù)及問(wèn)題分析

3.1 運(yùn)行數(shù)據(jù)

本項(xiàng)目已經(jīng)經(jīng)歷了完整的一個(gè)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行周期，項(xiàng)目從2018 年11 月～2019 年10 月的單位面積耗冷量和耗熱量詳見(jiàn)圖4 和圖5。從運(yùn)行數(shù)據(jù)看，綜合性醫(yī)院全年需要供冷，夏季7 月～9 月耗冷量最大，三個(gè)月的耗冷量之和占全年耗冷量的52%，最高值在8 月出現(xiàn)，最低值在2 月出現(xiàn)，前者是后者的5.6 倍。冬季的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)由于包括了生活熱水，因此，冬季高峰是夏季低谷值的約2.4 倍，12 月～次年的3 月耗熱量最大，四個(gè)月的耗熱量之和占全年耗熱量的48%。

圖4 每個(gè)月的單位面積耗冷量

圖5 每個(gè)月的單位面積耗熱量

3.2 運(yùn)行中問(wèn)題及處理方法

整個(gè)項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行良好，基本上滿足醫(yī)院營(yíng)運(yùn)所需的空調(diào)要求。由于裝修配合和安裝不夠精細(xì)，個(gè)別房間出現(xiàn)冬季溫度偏低和設(shè)備振動(dòng)的問(wèn)題。

3.2.1 教授餐飲區(qū)域冬季室內(nèi)不熱

教授餐廳位于地下一層職工餐廳內(nèi)，吊頂形式為格柵，餐廳南側(cè)為玻璃幕墻，室外為下沉庭院。教授餐廳和職工餐廳共用一個(gè)全空氣系統(tǒng)，餐廳布局和局部剖面見(jiàn)圖6 和圖7。

圖6 餐廳布局圖

圖7 局部剖面圖

12 月份，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的送風(fēng)溫度是29 ℃，室內(nèi)溫度在15 ℃左右。站在教授餐廳的幕墻邊明顯感到滲透的冷風(fēng)。經(jīng)過(guò)分析可知，室內(nèi)溫度低可能是兩方面的原因造成的。一是幕墻的密封性差，使得餐廳內(nèi)外的空氣直接流通，室外的滲透風(fēng)增加了餐廳的空調(diào)負(fù)荷。另外，教授餐廳送風(fēng)口貼附在格柵吊頂上，送風(fēng)風(fēng)速過(guò)低導(dǎo)致熱風(fēng)無(wú)法送至餐廳內(nèi)，而直接流通到職工餐廳吊頂空腔內(nèi)。

根據(jù)上述分析采取以下措施：幕墻有縫隙處用石膏板進(jìn)行密封。教授餐廳和職工餐廳吊頂中間用板隔斷。加大教授餐廳的送風(fēng)量和提高風(fēng)口送風(fēng)速度。經(jīng)過(guò)改造后，教授餐廳冬季室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)計(jì)溫度。

3.2.2 后勤樓頂層有管道振動(dòng)聲音

后勤樓頂層一臺(tái)衛(wèi)生間排風(fēng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，下一層的衛(wèi)生間及周邊的吊頂內(nèi)有明顯的管道振動(dòng)噪音。現(xiàn)場(chǎng)查看時(shí)發(fā)現(xiàn)屋頂風(fēng)機(jī)的出風(fēng)管未作變徑，直接45°彎向地面，出口離地很近，出口風(fēng)速約為10 m/s。初步判斷是風(fēng)機(jī)出風(fēng)不暢引起風(fēng)機(jī)噪音加大，管道振動(dòng)。將風(fēng)機(jī)出口改為擴(kuò)口，保證出風(fēng)口的風(fēng)速為4 m/s 左右，出風(fēng)方向由朝向地面改為朝向前方，改造后下層管道無(wú)噪聲和振動(dòng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

大型綜合性醫(yī)院體型大、功能多，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的要求高。既要為服務(wù)于醫(yī)護(hù)人員和病人，又要服務(wù)于醫(yī)療設(shè)備，更要有靈活性和節(jié)能措施。在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中采取了以下措施：

1）結(jié)合園區(qū)能源站的供能特性和醫(yī)院項(xiàng)目的用能特性，本項(xiàng)目采用了復(fù)合型冷熱源。以園區(qū)的能源站為主，蒸汽鍋爐，多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)和溶液調(diào)濕系統(tǒng)為輔。

2）空調(diào)水系統(tǒng)為一級(jí)泵變流量二管制和四管制相結(jié)合的閉式機(jī)械循環(huán)系統(tǒng)系統(tǒng)。

3）空調(diào)的末端形式采用不同的形式，特別是在內(nèi)區(qū)門(mén)診診室創(chuàng)新地設(shè)計(jì)了風(fēng)機(jī)盤(pán)管+全空氣系統(tǒng)的形式，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。下一步可在建成的項(xiàng)目中做實(shí)測(cè)，掌握更多運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)地檢驗(yàn)系統(tǒng)使用效果，并與傳統(tǒng)診室空調(diào)系統(tǒng)做比對(duì)，積累經(jīng)驗(yàn)完善系統(tǒng)。

從使用后反饋的問(wèn)題來(lái)看，由于時(shí)間有限，項(xiàng)目的收尾工作和調(diào)試工作往往不夠精細(xì)，在運(yùn)行的第一個(gè)空調(diào)周期，需要物業(yè)，安裝和設(shè)計(jì)繼續(xù)配合。